連鑄連擠工藝生產(chǎn)鋁鍶合金線桿的實(shí)踐

卞金濤，張海軍，顧 羽

（山東濱州華創(chuàng)金屬有限公司，山東 濱州 256600）

1 前言

鋁鍶合金線桿是目前被市場(chǎng)廣泛認(rèn)可的新型變質(zhì)劑，多用于鋁硅系列亞共晶鋁硅合金和共晶鋁硅合金，相較于目前其他變質(zhì)劑，鋁鍶合金的變質(zhì)作用時(shí)間明顯較長(zhǎng)，而且其在變質(zhì)過程中不會(huì)出現(xiàn)過變質(zhì)行為。加入鋁鍶合金后，鋁合金的組織得到了細(xì)化，其硬度、強(qiáng)度、延伸率、熱穩(wěn)定性等屬性都得到了綜合提升。相比生產(chǎn)鋁鍶合金線桿較為主流的臥式擠壓機(jī)，連鑄連擠工藝是在銅鋁材連續(xù)擠壓機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，解決了臥式擠壓機(jī)的缺陷問題，并具有能耗低、工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)生產(chǎn)鋁鍶合金線桿臥式擠壓法的生產(chǎn)工藝［1-3］。

2 連鑄連擠工藝的優(yōu)點(diǎn)

臥式擠壓機(jī)是放倒立式模壓機(jī)，形成臥式形態(tài)，在模壓機(jī)中增添下料室用以坯料下入，并增添壓料室進(jìn)行壓料，但臥式擠壓機(jī)有3個(gè)缺點(diǎn)：（1）擠壓機(jī)中的運(yùn)動(dòng)部件來(lái)回運(yùn)動(dòng)做功容易導(dǎo)致磨損，無(wú)法準(zhǔn)確地保持精度，保養(yǎng)維修費(fèi)用高；（2）占地面積較大，浪費(fèi)車間場(chǎng)地空間，不方便操作；（3）底部面積大，造成材料浪費(fèi)，增加了生產(chǎn)成本。

連鑄連擠工藝解決了上述問題，具備以下優(yōu)點(diǎn)：（1）連續(xù)擠壓機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小，有效節(jié)約了車間場(chǎng)地空間，便于安裝，為連鑄連擠機(jī)奠定了空間基礎(chǔ)和生產(chǎn)條件；（2）連鑄連擠機(jī)的底部面積小，殘余材料浪費(fèi)較少，節(jié)約了生產(chǎn)成本；（3）連鑄連擠工藝提升了生產(chǎn)效率，普通生產(chǎn)工藝需要先將液態(tài)鋁鍶合金鑄成固體坯料后經(jīng)過轉(zhuǎn)運(yùn)、下料，進(jìn)入臥式擠壓機(jī)后才可擠壓成鋁鍶合金線桿，而連擠連鑄工藝使用液體鋁鍶合金作為坯料，在鑄機(jī)成型后直接進(jìn)入擠壓機(jī)制成鋁鍶合金線桿，前后生產(chǎn)工藝連貫順暢，節(jié)約了時(shí)間。

3 連鑄連擠工藝流程

連鑄連擠工藝過程在正常的工作狀態(tài)下分為4 個(gè)階段：調(diào)配原材料、鑄造錠坯、錠坯下料、擠壓成型。

調(diào)配原材料：原材料使用純金屬鍶和純鋁，按配料單稱重好配制合金所需熔融的鋁液和純金屬鍶，將鋁液浮渣打撈干凈后升溫至750 ℃左右，加入金屬鍶，加入時(shí)進(jìn)行人工下壓攪拌并用氬氣保護(hù)，加入完畢后升溫至850 ℃左右，等待金屬鍶完全融化形成熔融的液態(tài)鋁鍶合金坯料。

鑄造錠坯：鑄造時(shí)需將溜槽進(jìn)行充分預(yù)熱和清理，保證合金經(jīng)過溜槽進(jìn)入控流箱后溫度不低于800 ℃，合金液經(jīng)過接湯盆進(jìn)入控流箱，導(dǎo)入結(jié)晶輪，經(jīng)過結(jié)晶輪冷卻凝固，形成T型錠坯，鑄造擠壓速度控制在5 m/s。

錠坯下料：錠坯隨著軌道進(jìn)入擠壓機(jī)的轉(zhuǎn)輪下料口，跟著轉(zhuǎn)輪的運(yùn)動(dòng)而向前移動(dòng)，進(jìn)入擠壓機(jī)的模具口，進(jìn)入模具口時(shí)需要足夠強(qiáng)的摩擦驅(qū)動(dòng)力，保證達(dá)到擠出所需要的擠出力。

擠壓成型階段：錠坯在模具口處會(huì)遇到金屬擋塊，阻擋其繼續(xù)跟隨轉(zhuǎn)輪運(yùn)動(dòng)，從而改變方向進(jìn)入擠壓腔，在擠壓腔400 ℃的高溫狀態(tài)下，錠坯的延展性明顯增強(qiáng)，這有利于錠坯在擠壓腔內(nèi)被擠壓整型，在轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速6.5 r/min 時(shí)，鋁鍶合金錠坯可以穩(wěn)定在模具口擠壓成線桿成品。

4 鋁鍶合金連鑄連擠生產(chǎn)實(shí)踐

4.1 合金原材料及試驗(yàn)設(shè)備

目前市場(chǎng)上原材料的型號(hào)和廠家較多，為了確保試驗(yàn)的可靠性，減少雜質(zhì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，選購(gòu)純度99.7%以上的純鋁和99.4%以上的純金屬鍶作為原料，其主要成分見表1和表2。

表1 純鋁的主要成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

表2 純金屬鍶的成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

試驗(yàn)設(shè)備：中頻感應(yīng)電爐；連鑄連擠機(jī)1 臺(tái)；ICP-電感耦合等離子發(fā)射光譜儀1臺(tái)；金相顯微鏡1臺(tái)。

4.2 試驗(yàn)工藝創(chuàng)新點(diǎn)

線桿生產(chǎn)試驗(yàn)工藝：調(diào)配原材料→制造錠坯→錠坯下料→擠壓成型→成品檢驗(yàn)。

（1）通過生產(chǎn)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)純金屬鍶化學(xué)性質(zhì)活潑，極易發(fā)生氧化，特別是在與高溫鋁液反應(yīng)時(shí)，投入的瞬間就會(huì)形成氧化物。為保證金屬鍶的吸收率，保證合金液的純凈度，在投入純金屬鍶時(shí)使用氬氣保護(hù)，即用純氬氣對(duì)感應(yīng)爐進(jìn)行大流量多方向的覆蓋保護(hù)，基本模仿真空爐的反應(yīng)條件，減少了純金屬鍶的燒損，減輕了氧化物的卷入。

（2）在生產(chǎn)過程中，由于鋁鍶合金的冷卻速率很快，必須提高擠壓速度，將鑄造擠壓速度提升至5 m/s得到的線桿外觀質(zhì)量最為優(yōu)良。同時(shí)在制作線桿時(shí)必須將接湯盆、流槽、控流箱等位置進(jìn)行預(yù)熱操作，要求合金液在控流箱內(nèi)導(dǎo)入結(jié)晶輪之前必須維持在800 ℃以上，否則極易導(dǎo)致鋁鍶合金液在控流箱口處部分凝結(jié)，造成控流失敗，合金液在結(jié)晶輪中向輪軌外溢出。

4.3 試驗(yàn)結(jié)果

4.3.1 外觀及金相組織

該工藝生產(chǎn)的鋁鍶線桿產(chǎn)品的表皮外觀明亮，無(wú)暗沉氧化皮及裂紋裂痕，線桿輪廓圓潤(rùn)均勻；斷口處質(zhì)地均勻，無(wú)明顯夾雜和氧化物。

連鑄連擠工藝對(duì)鋁鍶合金材料金相的影響可參考圖1，未經(jīng)過連鑄連擠工藝的鋁鍶合金T 型錠產(chǎn)品對(duì)比經(jīng)過連鑄連擠工藝的鋁鍶合金線桿產(chǎn)品。

圖1 T型錠產(chǎn)品與線桿產(chǎn)品金相組織

隨機(jī)抽取3 份線桿金相檢驗(yàn)的顯微組織相關(guān)數(shù)據(jù)，如表3所示。

從金相顯微鏡能清晰觀察到未經(jīng)過連鑄連擠工藝處理的T型錠鋁鍶產(chǎn)品，Al4Sr相呈明顯粗大的長(zhǎng)柱狀，平均尺寸＞800 μm。而經(jīng)過連鑄連擠工藝的線桿鋁鍶產(chǎn)品，Al4Sr 相大致彌散均勻，平均尺寸約在40 μm左右，氧化物和鹽類夾雜物遠(yuǎn)小于要求長(zhǎng)度。因此，連鑄連擠工藝制作的AlSr（10%）合金滿足金相要求，達(dá)到了預(yù)期的效果。

4.3.2 成分及力學(xué)性能

抽選的三段AlSr（10%）合金線桿進(jìn)行成分檢測(cè)，其Sr 含量穩(wěn)定在10%左右，金屬鍶燒損率僅7.14%，其他成分均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。成品成分檢驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 成品成分檢驗(yàn)結(jié)果 %

參考YS/T 447.1—2011《鋁及鋁合金晶粒細(xì)化用合金線材第1 部分鋁-鈦-硼合金線材》和YS/T 447.2—2011《鋁及鋁合金晶粒細(xì)化用合金線材第2部分鋁-鈦-碳合金線材》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)，級(jí)別要求見表5。

表5 成品力學(xué)性能檢驗(yàn)級(jí)別要求

經(jīng)檢驗(yàn)，試驗(yàn)AlSr合金線卷產(chǎn)品抗拉強(qiáng)度實(shí)測(cè)值112 MPa，斷后伸長(zhǎng)率實(shí)測(cè)值7.2%，已經(jīng)達(dá)到鋁鍶合金I級(jí)別產(chǎn)品，能夠滿足規(guī)定要求。

5 結(jié)語(yǔ)

從試驗(yàn)成品的檢驗(yàn)結(jié)果可以看出，各項(xiàng)檢驗(yàn)結(jié)果均符合市場(chǎng)需求和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。通過調(diào)整鑄造和擠壓的技術(shù)條件，采用科學(xué)有效的操作方法，連鑄連擠技術(shù)工藝用以制備鋁鍶合金線桿可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)。山東濱州華創(chuàng)金屬有限公司研發(fā)的鋁鍶合金線桿制備的連鑄連擠工藝技術(shù)條件與操作方法，現(xiàn)已進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，生產(chǎn)線運(yùn)行正常，合金成分穩(wěn)定，性能優(yōu)良，經(jīng)濟(jì)效益明顯，具有推廣價(jià)值。